โบรอน

โบรอน, ₀₀B

boron (β-rhombohedral)
โบรอน
การอ่านออกเสียง	/ˈbɔːrɒn/ ​(bor-on)
อัญรูป	α-, β-rhombohedral, β-tetragonal (and more)
รูปลักษณ์	น้ำตาลดำ
Standard atomic weight Ar°(B)
	[10.806, 10.821] 10.81±0.02 (abridged)
โบรอนในตารางธาตุ
Hydrogen Helium Lithium Beryllium Boron Carbon Nitrogen Oxygen Fluorine Neon Sodium Magnesium Aluminium Silicon Phosphorus Sulfur Chlorine Argon Potassium Calcium Scandium Titanium Vanadium Chromium Manganese Iron Cobalt Nickel Copper Zinc Gallium Germanium Arsenic Selenium Bromine Krypton Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdenum Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silver Cadmium Indium Tin Antimony Tellurium Iodine Xenon Caesium Barium Lanthanum Cerium Praseodymium Neodymium Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantalum Tungsten Rhenium Osmium Iridium Platinum Gold Mercury (element) Thallium Lead Bismuth Polonium Astatine Radon Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium Californium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson - ↑ B ↓ Al เบริลเลียม ← โบรอน → คาร์บอน
หมู่	group 13 (boron group)
คาบ	คาบที่ 2
บล็อก	บล็อก-p
การจัดเรียงอิเล็กตรอน	[He] 2s2 2p1
จำนวนอิเล็กตรอนต่อชั้น	2, 3
สมบัติทางกายภาพ
วัฏภาค ณ STP	ของแข็ง
จุดหลอมเหลว	2349 K ​(2076 °C, ​3769 °F)
จุดเดือด	4200 K ​(3927 °C, ​7101 °F)
Density เมื่อเป็นของเหลว (ณ m.p.)	2.08 g/cm3
ความร้อนแฝงของการหลอมเหลว	50.2 kJ/mol
ความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอ	480 kJ/mol
ความจุความร้อนโมลาร์	11.087 J/(mol·K)
ความดันไอ P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k at T (K) 2348 2562 2822 3141 3545 4072
สมบัติเชิงอะตอม
เลขออกซิเดชัน	−5, −1, 0, +1, +2, +3 (ออกไซด์เป็นกรดเล็กน้อย)
อิเล็กโตรเนกาทิวิตี	Pauling scale: 2.04
รัศมีอะตอม	empirical: 90 pm
รัศมีโคเวเลนต์	84±3 pm
รัศมีวานเดอร์วาลส์	192 pm
Color lines in a spectral range เส้นสเปกตรัมของโบรอน
สมบัติอื่น
โครงสร้างผลึก	​รอมโบฮีดรัล รอมโบฮีดรัล crystal structure for โบรอน
การขยายตัวจากความร้อน	(β form) 5–7 µm/(m⋅K) (ณ 25 °C)
การนำความร้อน	27.4 W/(m⋅K)
สภาพต้านทานไฟฟ้า	~106  Ω⋅m (ณ 20 °C)
ความเป็นแม่เหล็ก	ไดอะแมกเนติก
Speed of sound thin rod	16,200 m/s (ณ 20 °C)
Mohs hardness	~9.5
เลขทะเบียน CAS	7440-42-8
ประวัติศาสตร์
การค้นพบ	โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก, หลุยส์ ฌัก เธนาด์ (30 มิถุนายน 1808)
การแยกให้บริสุทธิ์เป็นครั้งแรก	ฮัมฟรี เดวี (9 กรกฎาคม 1808)
ไอโซโทปของโบรอน

โบรอน (อังกฤษ: Boron) เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ B และเลขอะตอม 5 เป็นธาตุที่มี 3 วาเลนซ์อิเล็กตรอน และเป็นกึ่งโลหะ

รากศัพท์

ชื่อโบรอนมีรากศัพท์จากภาษาอาหรับ بورق (buraq) หรือ ภาษาเปอร์เซีย بوره (burah) ทั้งคู่นี้มีความหมายว่าบอแรกซ์

ลักษณะ

โบรอนบริสุทธิ์เป็นของแข็งที่มีจุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง แข็งและเปราะ เป็นธาตุกึ่งโลหะที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างธาตุโลหะและธาตุอโลหะ โบรอนถูกค้นพบในปีค.ศ. 1808 โดยความร่วมมือกันของ โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์, และ ฮัมฟรี เดวี ค้นพบเองในปีเดียวกัน

ธาตุโบรอนมีสมบัติคล้ายกับธาตุหมู่ 14 อย่างคาร์บอนและซิลิคอน มากกว่าธาตุหมู่ 13 ที่เป็นหมู่เดียวกันอย่างอะลูมิเนียม ผลึกโบรอนไม่มีความว่องไวต่อปฏิกิริยาและทนทานต่อกรดสูง ไม่ถูกกัดกร่อนโดยกรดไฮโดรฟลูออริก โดยทั่วไปแล้วสารประกอบโบรอนมีค่าออกซิเดชัน +3 อย่างเช่น สารประกอบเฮไลด์ที่มีความสมบัติเป็นกรดลิวอิส, สารประกอบโบเรตที่พบในแร่โบเรต โบเรนที่มีพันธะพิเศษเรียก 3c–2e bond โบรอนมีไอโซโทป 13 ไอโซโทปและในธรรมชาติมี ¹¹B 80.1% และ ¹⁰B 19.9%

โบรอนมีปริมาณในเปลือกโลกค่อนข้างต่ำ แต่มีการรวมตัวเป็นแร่ขนาดใหญ่ ง่ายต่อการขุดมาใช้จึงมีประวัติการใช้มาตั้งแต่นาน อดีตใช้เป็นสารเคลือบเครื่องปั้นดินเผา ปัจจุบันนิยมใช้ในการผลิตแก้วถึงร้อยละ 60 ในปริมาณบริโภคปี 2011 อื่น ๆ ใช้เป็นสารผสมในคอนดักเตอร์ อุปกรณ์เครื่องเสียงและยาฆ่าแมลง

โบรอนเป็นธาตุที่ต้องการสำหรับพืชเพื่อรักษาผนังเซลล์ เมื่อขาดแคลนจะส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโต โบรอนคาดว่าเป็นธาตุที่ต้องการสำหรับสัตว์เหมือนกันแต่ยังไม่ทราบหน้าที่อย่างชัดเจน สำหรับมนุษย์และสัตว์ โบรอนไม่เป็นพิษเหมือนเกลือแกงแต่สำหรับพืชเมื่อปลูกบนดินที่มีโบรอนสูงจะเกิดการตายเฉพาะส่วนบริเวณใบ และเป็นพิษต่อแมลง

ประวัติ

มนุษย์รู้จักสารประกอบโบรอนตั้งแต่เมื่อหลายพันปีก่อน บอแรกซ์ที่พบในทะเลทรายบริเวณทิเบตตะวันตกเรียกว่า tincal ในภาษาสันสกฤต ก่อนคริสต์ศตวรรษที่ 3 ที่จีนใช้บอแรกซ์เป็นสารเคลื่อบเครื่องปั้นดินเผา ในคริสต์ศตวรรษที่ 13 มาร์โก โปโลนำเครื่องปั้นดินเผาที่มีบอแรกซ์เคลือบอยู่กลับประเทศอิตาลี ประมาณปี ค.ศ. 1600 ใช้เป็นสารเร่งการหลอมในโลหวิทยาโดย Agricola

Sassolite เป็นหนึ่งในแร่โบเรต

ปี ค.ศ. 1774 พบโบเรตในไอน้ำใต้พิภพที่ Larderello ใกล้ ฟลอเรนซ์ แคว้นตอสกานา ประเทศอิตาลี จึงมีโรงงานผลิตโบแรตและเป็นแหล่งผลิตโบแรตสำคัญ แต่ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 พบบริเวณแร่บอแรกซ์ขนากใหญ่ที่สหรัฐอเมริกาและเป็นแหล่งผลิตบอแรกซ์แทน หลังผลิตบอแรกซ์จบแล้วที่ Larderello มีการสร้างโรงไฟฟ้าพลังงานใต้พิภพแทน แร่ที่มีโบรอนเป็นองค์ประกอบมีแร่ Sassolite พบที่ Sasso Pisano ประเทศอิตาลี Sassolite เป็นใช้เป็นแหล่งผลิตบอแรกซ์ตั้งแต่ปี ค.ศ. 1827 จนถึงปี ค.ศ. 1872 แต่หลังจากนั้นใช้ของสหรัฐอเมริกาแทนเช่นกัน สารประกอบโบรอนไม่นิยมมีการใช้จนถึงคริสต์ศตวรรษที่ 18 แต่เมื่อบริษัท Pacific Coast Borax Company ของ Francis Marion Smith ผลิตสารประกอบโบรอนในราคาถูกและจำนวนมาก และเมื่อมีการผลิตแก้วในปริมาณมากแล้วบอแรกซ์ถูกบริโภคจำนวนมากในอุตสาหกรรมแก้ว

รายงานวิจัยในสมัยแรกมีรายงานผลิตโบเรตจากปฏิกิริยาระหว่างบอแรกซ์และกรดซัลฟูริกในปี ค.ศ. 1702, รายงานปฏิกิริยาเปลวไฟเป็นสีเขียวในปี ค.ศ. 1741, รายงานผลิตบอแรกซ์จากปฏิกิริยาระหว่างโบเรตและโซเดียมไฮดรอกไซด์ ทีม โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์ 2 คนและ ฮัมฟรี เดวี สามารถแยกโบรอนบริสุทธิ์ แต่ก่อนหน้านี้ไม่ยอมรับว่าเป็นธาตุบริสุทธิ์ ใน ค.ศ. 1808 ฮัมฟรี เดวี รายงานว่าเมื่อนำสารละลายโบเรตแยกด้วยไฟฟ้า เกิดตะกอนสีน้ำตาลบริเวณขั้วไฟฟ้า หลังจากนั้น ฮัมฟรี เดวี ใช้วิธีรีดิวซ์โบรอนด้วยโพแทสเซียมแทนการแยกด้วยไฟฟ้าและแยกโบรอนจำนวนพอสมควรที่จะตรวจสอบว่าเป็นธาตุ ฮัมฟรี เดวี ตั้งชื่อธาตุนี้ว่า "boracium" โฌแซ็ฟ หลุยส์ แก-ลูว์ซัก และ หลุยส์ ฌัก เธนาด์ ใช้วิธีรีดิวซ์โบรอนด้วยเหล็กในอุณหภูมิสูงและพวกเขานำโบรอนออกซิไดซ์ด้วยออกซิเจน ได้โบเรตเพื่อแสดงว่าโบเรตเป็นสารประกอบของโบรอน ในปีค.ศ.1824 Jöns Jacob Berzelius ได้ตรวจสอบสมบัติเป็นธาตุของโบรอน หลังจากนั้นมีหลายนักเคมีพยายามแยกโบรอนบริสุทธิ์แต่ส่วนใหญ่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า 85% คนที่แยกโบรอนบริสุทธิ์คือนักเคมีชาวสหรัฐอเมริกา Ezekiel Weintraub ด้วยวิธีนำโบรอนไตรคลอไรด์รีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนบนอาร์คไฟฟ้าในปี ค.ศ. 1909

สมบัติ

สมบัติทางกายภาพและทางเคมี

โบรอนมีหลายอัญรูป สมบัติละเอียดจะแตกต่างกันในแต่ละอัญรูป แต่โดยรวมแล้วเป็นของแข็งที่แข็งและเปราะ จุดเดือดจุดหลอมเหลวสูง ตัวอย่างเช่น จุดหลอมเหลวของโบรอนอสัณฐานคือ 2,300℃ และ β–รอมโบฮีดรัลโบรอนคือ 2,180℃ จุดเดือดของ β–รอมโบฮีดรัลโบรอนคือ 3,650℃ โบรอนอสัณฐานจะระเหิดที่ 2,550℃ ความแข็งของ β–รอมโบฮีดรัลโบรอนอยู่ระดับ 9.3 บนมาตราโมส ความถ่วงจำเพาะของα-รอมโบฮีดรัลโบรอนและ β–รอมโบฮีดรัลโบรอนมีค่า 2.46 และ 2.35 ตามลำดับ

โบรอนบริสุทธิ์เป็นกึงโลหะที่มีคุณสมบัติอยู่ระหว่างธาตุโลหะและธาตุอโลหะ โบรอนมีสมบัติพันธะโคเวเลนต์ที่เสถียรคล้ายกับคาร์บอนและซิลิคอนที่อยู่ในธาตุหมู่ 14 มากกว่า อะลูมิเนียมและแกลเลียมที่อยู่หมู่ 13 เดียวกันกับโบรอน เนื่องจากพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่หนึ่งของโบรอนมีค่าสูงถึง 8.296eV จึงเป็นไอออนได้ยากและไฮบริดออร์บิทัล sp² มีพลังงานต่ำกว่าออร์บิทัล 2s²2p¹โบรอนบริสุทธิ์มีพันธะโคเวเลนต์ที่แข็งแรงระหว่างโบรอนจึงขาดอิเล็กตรอนอิสระเพื่อแสดงสมบัติการนำไฟฟ้า เป็นเหตุผลอธิบายสมบัติกึ่งโลหะของโบรอนที่นำไฟไฟ้าแต่นำได้น้อย และเนื่องจากเหตุผลดังกล่าวโบรอนมีสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำ

ผลึกโบรอนไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา ทนต่อการต้มด้วยไฮโดรฟลูออริกและไฮโดรคลอริก ผงโบรอนสามารถถูกกัดกร่อนโดยการต้มด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น กรดไนตริกเข้มข้น กรดซัลฟูริก หรือโครมิค เลขออกซิเดชันของโบรอนขึ้นอยู่กับผลึก รัศมีผลึก ความบริสุทธิ์ และอุณหภูมิ โบรอนไม่ปฏิกิริยากับออกซิเจนในอุณหภูมิห้อง แต่ปฏิกิริยาในอุณหภูมิสูงได้ผลิตภัณฑ์คือโบรอนออกไซด์

${\ce {4B +3O2 ->2B2O3}}$

เมื่อโบรอนปฏิกิริยาฮาโลจิเนชันได้สารประกอบไตรเฮไลด์

${\ce {2B +3Br2 -> 2BBr3}}$

โดยทั่วไปแล้วโบรอนไตรคลอไรด์จะผลิตจากโบรอนออกไซด์

สารประกอบ

โครงสร้างสามมิติของเตตระโบเรตไอออน โบรอน (สีชมพู) สร้างพันธะกับออกซิเจน (สีแดง) และปลายมี 4 ไฮโดรเจน (สีขาว) เป็นหมู่ไฮดรอกไซด์ในโบรอน 4 อะตอมมี 2 อะตอมขวาบนและซ้ายล่างเกิดไฮบริดออร์บิทัลsp²เป็นรูปทรงสามเหลี่ยมแบนราบและเป็นกลางทางไฟฟ้าแต่อีก 2 อะตอมเกิดไฮบริดออร์บิทัล sp³ เป็นรูปทรงทรงสี่หน้าและมีประจุ -1 ทุกโบรอนมีค่าออกซิเดชัน +3 เป็นลักษณะพิเศษของโบรอนที่มีจำนวนพันธะกับเลขออกซิเดชันมีค่าต่างกัน

โดยปกติแล้วสารประกอบโบรอนมีเลขออกซิเดชัน +3 เช่น สารประกอบออกไซด์ สารประกอบซัลไฟด์, สารประกอบไนไตรด์,และสารประกอบเฮไลด์ สารประกอบไตรเฮไลด์มีโครสร้างสามเหลี่ยมแบนราบ และสารประกอบประเภทนี้มีอิเล็กตรอนบนโบรอนแค่ 6 อิเล็กตรอนจึงไม่เป็นไปตามก็ออกเตตจึงมีสมบัติเป็นกรดลิวอิสและปฏิกิริยาทันทีกับสารให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอย่างเบสลิวอิส ยกตัวอย่างเช่น โบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF₃) ปฏิกิริยากับฟลูออไรด์ไอออน(F⁻) ได้เตตระฟลูออโรโบเรตไอออน (BF₄⁻) โบรอนไตรฟลูออไรด์ใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยาในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี สารประกอบไตรเฮไลด์สามารถปฏิกิริยากับน้ำได้กรดโบริก

โบรอนสามารถพบเป็นสารประกอบออกไซด์ที่มีเลขออกซิเดชัน +3 ในธรรมชาติ บางครั้งเกิดพันธะกับธาตุอื่น ๆ ในแร่โบเรตกว่า 100 ชนิดโบรอนมีเลขออกซิเดชัน +3 แร่โบแรตมีส่วนคล้ายกับแร่ซิลิเกตหลายประการแต่โครงสร้างของแร่ซิลิเกตมีหน่วยย่อยเป็น SiO₄ ที่มีรูปร่างทรงสี่หน้า ต่างจากโบเรตที่มี BO₄ และ BO₃ ที่มีรูปร่างเป็นทรงสี่หน้าและสามเหลี่ยมแบนราบตามลำดับ ยกตัวอย่าง บอแรกซ์ที่เป็นหนึ่งในแร่โบแรตนั้นมีเตตระโบเรตไอออน ในเตตระโบเรตไออนโบรอนมีรูปร่างสองชนิตคือทรงสี่หน้าและสามเหลี่ยมแบนราบ โบรอนที่มีรูปร่างทรงสี่หน้ามีประจุติดลบ ประจุลบนี้จะดุลกับไอออนบวกอื่น ๆ เช่น โซเดียมไอออน（Na⁺）ที่อยู่ในแร่

โบเรน

โบเรนเป็นสารประกอบระหว่างโบรอนกับไฮโดรเจน สามารถเขียนสูตรโครงสร้างเป็น B_xH_y ในโบเรนมีพันธะสะพานไฮโดรเจนอย่าง B-H-B จึงไม่สามารถอธิบายพันธะด้วยวิธีคิดเลขออกซิเดชัน แต่เกิดเป็นพันธะพิเศษเรียก 3c–2e bond โครงสร้างโบเรนสามารถมีหน่อยย่อยเป็นทรงยี่สิบหน้าและเมื่อโบเรนมีโบรอนลดลง หากโครงสร้างโดยลบโบรอนออก โบรอนมีหลายไอโซเมอร์เช่น ไดไฮโดรเดคะโบเรนประกอบจากกลุ่มโบรอน 5 อะตอม 2 กลุ่ม และสามารถมีไอโซเมอร์ได้ 3 แบบเนื่องจากวิธีเกิดพันธะระหว่าง 2 กลุ่ม

โบเรนที่เล็กที่สุดคือBH₃แต่ไม่สามารถแยกออกได้ ใช้ไดโบเรน(B₂H₆)เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์โบเรนต่าง ๆ แทน โบเรนทีร่มีจำนวนโบรอนน้อยว่องไวต่ออากาศและสามารถเกิดเปฏิกิริยาเผาไหม้แต่ตั้งแต่โบเรนที่มีโบรอน 5 อะตอมขึ้นไปจะเสถียรต่ออากาศ มีโบเรนที่สำคัญมีเพนตะโบเรน B₅H₉ และเดคะโบเรน B₁₀H₁₄ ทั้งสองนี้สามารถสังเคราะห์จากการสลายตัวด้วยความร้อนของไดโบเรนB₂H₆ มีหลายโบเรนไอออนที่มีชื่อเสียงอย่างเช่น เตตระไฮโดรโบเรตไอออนและอนุพันธ์นิยมใช้เป็นเกลือรีดิวซ์ และไอออนที่มีจำนวนโบรอนมากอย่าง [B₁₂H₁₂]²⁻นิยมใช้ในการวิจัย

อนุพันธ์ของโบเรนมีคาร์บาโบเรน (carbaborane) ที่มีหมู่ CH แทนที่ BH⁻ ในโบเรนที่เป็นไอโซอิเล็กทรอนิกกัน สังเคราะห์ด้วยการปฏิกิริยาระหว่างโบเรนและอะเซทิลีน นอกจากนั้นยังสามารถเกิดอนุพันธ์เฮเทโรโบเรนกับกำมะถัน, ฟอสฟอรัส, อาร์เซนิกแทนที่โบรอนเหมือนคาร์บอนเช่นกัน คาร์บาโบเรนปฏิกิริยากับเบสแก่ได้คาร์บาโบเรนแอนไอออนเช่น B₉C₂H₁₁²⁻ มีโครงสร้างคล้าย cyclopentadienyl anion([C₅H₅]⁻)และเกิดสารประกอบเชิงซ้อนกับโลหะทรานซิชัน ธาตุฮาโลเจน เอมีน และหมู่แอลคิลต่าง ๆ สามารถแทนที่ไฮโดรเจนได้ผลิตภัณฑ์เป็นอนุพันธ์ของโบเรน

โบรอนไนไตรด์

โบรอนไนไตรด์มีโครงสร้างหลายรูปแบบคล้ายอัญรูปของคาร์บอนอย่าง เพชรและคาร์บอนนาโนทูป โบรอนไนไตรด์ที่มีโครงสร้างเดียวกับเพชรเรียกว่าคิวบิกโบรอนไนไตรด์หรือโบราโซน โบรอนอยู่ต่ำแหน่งเดียวกับคาร์บอนบนทรงสี่หน้าในเพชร ใน 4 B-N พันธะมี 1 พันธะเป็นพันธะโคออร์ดิเนต หมายความว่า โบรอนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับไนโตรเจน 3 อะตอม และเกิดออร์บิทัลว่าง 1 อร์บิทัล จากนั้นอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของไนโตรเจนทำงานเป็นเบสลิวอิส สร้างพันธะกับออร์บิทัลว่างของโบรอนได้พัทธะที่ 4 ของพันธะ B-N คิวบิกโบรอนไนไตรด์มีความแข็งใกล้กับเพชรจึงนิยมใช้เป็นสารบดวาว

สารประกอบระว่างโลหะและโบรอน

โบรอนสามารถเกิดสารประกอบกับธาตุหลายชนิต โดยเฉพาะสารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนส่วนใหญ่มีสัมบัติทางโลหะจึงนิยมใช้เป็นโลหะผสมโบรอน ถึงแม้โบรอนไม่ใช้ธาตุโลหะ สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนทั่วไปมีสมบัติแข็งแรง จุดหลอมเหลวสูง ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนส่วนใหญ่สามารถสังเคราะห์ได้โดยหลอมละลายโบรอนกับโลหะด้วยกัน อย่างเหล็กโบไรด์และโครเมียมโบไรด์ใช้วิธีริดิวซ์เช่นวิธีเทอร์ไมท์ที่สามารถสังเคราะห์ได้ปริมาณมากแต่มีสิ่งเจือปนผสม สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนจะไม่พบปริมาณสารสัมพันธ์ระหว่างอะตอมโบรอนและอะตอมโลหะเนื่องจากเกิดโครงสร้างที่โบรอนเข้าไปในช่องว่างของโครงสร้างโลหะ หรือโลหะเข้าไปในช่องว่างของโครงสร้างโบรอน สารประกอบระหว่างธาตุโลหะกับโบรอนที่สำคัญมีเหล็กโบไรด์ ( Ferroboron ) เช่น Fe₂BやFeB、Fe₂B₅ เหล็กโบไรด์ใช้ในการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตเหล็ก, การหลอมเหล็กและการเชื่อมเหล็ก โบรอนยังสามารถเกิดสารประกอบกับโลหะหลายชนิดนอกจากสารประกอบไบนารี อย่างเช่น Nd₂Fe₁₄B เป็นสารประกอบระหว่างนีโอดิเมียม เหล็กและโบรอน ใช้เป็นแม่เหล็กนิโอดิเมียมที่มีสนามแม่เหล็กแรง

อัญรูป

โบรอนทึ 7 อัญรูปและมีโครงสร้างเป็นผลึกหรืออสันฐาน อัญรูปหลัก ๆ มี α-รอมโบฮีดรัลโบรอน β-รอมโบฮีดรัลโบรอน β-เตตร้าโกนัลโบรอน เมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมพิเศษเกิดอัญรูปอื่นเช่น α-เตตร้าโกนัลโบรอนและ γ-ออร์โธรอมบิกโบรอน อัญรูปแบบอสันฐานรู้ว่ามีรูปคล้ายแก้วและรูปผงละเอียด อัญรูปที่มีความเสถียรมากที่สุดในสภาวะมาตรฐานคือ β-รอมโบฮีดรัลโบรอน และอัญรูปอื่นมีความเสถียรเช่นกัน มีรายงานอย่างน้อย 14 อัญรูปแต่นอกจาก 7 อัญรูปที่กล่าวข้างต้นไม่มีหลักฐานชัดเจนหรือมีหลักฐานไม่เพียงพอ คาดว่าอัญรูปเหล่านั้นไม่ได้เป็นอัญรูปเดียวแต่เป็นโครงสร้างที่เกิดจากหลายอัญรูปผสมกันหรือมีสิ่งเจือปน

เฟส	α-R	β-R	γ	β-T
ระบบผลึก	รอมโบฮีดรัล	รอมโบฮีดรัล	ออร์โธรอมบิก	เตตราโกนั่ล
จำนวนอะตอมต่อหน่วยเซลล์	12	~105	28	192
ความหนาแน่น	2.46	2.35	2.52	2.36
ความแข็ง Vickers	42	45	50-58
Bulk modulus	224	185	227
ช่องว่างพลังาน	2	1.6	2.1	～2.6

ไอโซโทป

โบรอนในธรรมชาติมา 2 ไอโซโทปที่เสถียรคือ ¹¹B 80.1% และ ¹⁰B 19.9% ผลต่างระหว่างอัตราส่วนพบในธรรมชาติ ¹¹B/¹⁰B และ อัตราส่วนวัดได้จริง ¹¹B/¹⁰B ถูกนิยามว่า δ¹¹B มีหน่วยเป็น ‰ ( ในพันส่วน ) มีค่ากว้างตั้งแต่ -16 ถึง +59 จากธรรมชาติ ปัจจุบันทราบไอโซโทปโบรอน 13 ไอโซโทป ⁷B มีเวลาครึ่งชีวิตน้อยที่สุดมีครึ่งชีวิต 3.5×10⁻²² วินาทีสลายโดยเกิดการปล่อยโปรตอนหรือการสลายให้อนุภาคแอลฟา การแยกไอโซโทปของโบรอนใช้วิธีควบคุมปฏิกิริยาแลกเปลี่ยนระหว่าง B(OH)₃ และ [B(OH)₄]^- หรือไอโซโทปยังสามารถแยกกันได้ในผลึกแร่จากบริเวณระบบไฮโดรเทอร์มอลและหินแปรไฮโดรเทอร์มอล อย่างเช่น ดินเหนียวบนหินแปรไฮโดรเทอร์มอลพบไอออน[B(OH)₄]^- มากแสดงถึงมีการกำจัดไอออนออกจากน้ำทะเล ทำให้มีความเข้มข้นของ B(OH)₃ มากกว่าเมื่อเทียบกับน้ำทะเลบริเวณเปลือกโลกภาคพื้นมหาสมุทรและเปลือกโลกภาคพื้นทวีป ไอโซโทป ¹⁷B เป็นเอ็กโซติกไอโซโทปที่มีฮาโลนิวตรอน ดังนั้น มีรัศมีนิวเคลียสใหญ่กว่าคาดการณ์โดยโมเดลหยดน้ำ

¹⁰B เหมาะสำหรับเป็นวัสดุดูดรังสีนิวตรอน ¹⁰B ในธรรมชาติมีเพียงประมาณร้อยละ 20 ของโบรอนทั้งหมด ดังนั้นในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์นำโบรอนธรรมชาติแยกไอโซโทปและใช้ ¹⁰B บริสุทธิ์ที่ได้ ส่วนเกิดผลพลอยได้เป็น ¹¹B บริสุทธิ์ที่มีคุณค่าต่ำ

อุตสาหกรรมการผลิต

ในการผลิตสารประกอบโบรอนจะไม่ผ่านโบรอนบริสุทธิ์เนื่องจากใช้โบเรตที่หาได้ง่ายกว่าแทน

วิธีสังเคราะห์ธาตุโบรอนในอดีด ใช้วิธีนำโบเรตรีดิวซ์ด้วยโลหะแมกนีเซียมและอะลูมิเนียม แต่วิธีนี้ไม่สามารถเก็บโบรอนบริสุทธิ์มีสารประกอบโลหะโบรอนผสมอยู่ โบรอนบริสุทธ์นั้นสามารถสังเคราะห์ได้โดยวิธีใช้โบรอนเฮไลด์ที่ระเหิยได้ง่ายรีดิวซ์ด้วยแก๊สไฮโดรเจนในอุณหภูมิสูง โบรอนความบริสุทธิ์สูงที่ใช้ในอุตสาหกรรมสารกึงตัวนำสังเคราะห์จากการสลายตัวของไดโบเรนในอุณหภูมิสูง จากนั้นนำไปบริสุทธิ์ด้วยวิธี Zone melting หรือ Czochralski method

¹⁰B ที่เป็นไอโซโทปของโบรอนมีความสามารถในการดูดนิวตรอนแต่มีอัตราส่วนโบรอนในธรรมชาติแค่ประมานร้อยละ 20 ของโบรอนทั้งหมดจึงต้องแยกไอโซโทปให้ ¹⁰B เข้มข้นมากขึ้น มีวิธีต่างๆเช่น วิธีกลั่นและวิธีแลกเปลี่ยน ในวิธีกลั่นใช้กลั่นอุณหภูมิต่ำโดยใช้โบรอนเฮไลด์ที่มีจุดเดือดต่ำ ในวิธีแลกเปลี่ยนใช้การแลกเปลี่ยนระหว่างของเหลวและแก๊สของออร์เกโนโบโรฟลูออไรด์ และมีการคิดค้นวิธี 2 วิธีนี้รวมกันเป็นวิธีกลั่นแลกเปลี่ยน ปัจจุบันการผลิตโบรอนเข้มข้นนั้นส่วนใหญ่ใช้วิธีนี้

แนวโน้มการตลาด

ค.ศ.2014มีปริมาณการผลิตแร่ทั่วโลก 3.72ล้านตันและ1.77ล้านตันผลิตที่ประเทศตุรกี ปีค.ศ.2008 ปริมาณการผลิตของโบเรตทั่วโลกต่ำกว่า 2.00 ล้านตันต่อปี แต่ปีค.ศ.2012 เพิ่มขึ้นถึง 2.20 ล้านตันต่อปี ปีค.ศ.2015 กรมสำรวจธรณีของU.S. รายงาน Mineral Commodity Summaries คาดว่าปริมาณอุปสงค์ของโบเรตจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของอุปสงค์ในเอเชียและอเมริกาใต้ และในยุโรป เกณฑืการก่อสร้างเข้มงวดขึ้นเพื่อประหยัดพลังงานและแก้ไขปํญหาโลกร้อน จึงอุปสงค์ของโบรอนเพื่อผลิตกระจกกันร้อนจะเพิ่มขึ้น อุปสงค์เพิ่มขึ้นดังกล่าวนี้ทำให้การผลิตโบเรตทั้วโลกเพิ่มขึ้นตามด้วย

แร่ธาตุหลักๆที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมคือ แร่ Colemanite, แร่ Ulexite, แร่ Kernite, และบอแรกซ์ 4แร่นี้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตโบรอนถึงร้อยละ 90 ของทั้งหมด แร่ธาตุเหล่านี้แยกหน้าที่การผลิตโดยปริมาณโซเดียมในแร่ อย่างเช่น แร่ Ulexite, บอแรกซ์ เป็นสารตั้งต้นของโบเรต, โซเดียมเตตระโบเรตตามลำดับ หนึ่งในผลิตภัณฑ์จากโบรอนมีแก้ว โบรอนที่นำไปในต้องมีปริมาณโซเดียมต่ำจึงนิยมใช้แร่ Colemanite ที่เป็นเกลือแคลเซียม อีก 3 แร่เป็นเกลือโซเดียม แต่แร่ Colemanite มีสารเจือปนเป็น อาร์เซนิก ปริมาณมากจึงปัจจุบันมีปัญหากำจัดเนื่องจากเกณฑ์เข้มงวดขึ้น ยกตัวอย่างเช่น บริเวณเมือง Magdalena รัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกามีแร่ Colemanite คุณภาพสูงแต่ด้วยปัญหาอาร์เซนิกจึงมีการเลื่อนก่อสร้างเหมืองแร่หลายครั้ง ปัญหาอาร์เซนิกนี้เป็นหนึ่งในสาเหตูทำให้อุปทานการผลิตลดลง

ผู้ผลิตรายใหญ่ของโบรอนมี 2 บริษัทคือ บริษัท Rio Tinto Group ในสหรัฐอเมริกา และ รัฐวิสาหกิจ Eti Mine Works ของตุรกี Rio Tinto ผลิตบอแรกซ์และแร่ Kerniteจากเหมืองที่รัฐแคลิฟอร์เนีย ในปีค.ศ.2012 ผลิตโบรอนร้อยละ 25 ของทั่วโลกจากเหมืองนี้ Eti มีสิทธิ์ขุดแร่โบรอนทั้วประเทศตุรกีและปีค.ศ.2012 ผลิตโบรอนประมาณร้อยละ 50 ของทั่วโลก ในประเทศจีนคาดว่ามีแร่โบรอนอยู่ 32.00ล้านตัน แต่แร่ที่พบในอเมริกาและตุรกีมี B₂O₃ อยู่ร้อยละ 25-30 ส่วนแร่ที่พบในประเทศจีน้ป็นแร่ที่ด้อยคุณภาพ มี B₂O₃ อยู่ร้อยละ 8.4 ประเทศจีนจึงเพิ่มปริมาณโซเดียมเตตระโบเรตนำเข้า100เท่าในระหว่างปี 2000 ถึง 2005 เพื่อตอบสนองความต้องการโบเรตที่มีคุณภาพสูง ในช่วงเวลาเดียวกันปริมาณโบเรตนำเข้าเพิ่มขึ้นร้อยละ 28 ต่อปี Mineral Commodity Summaries (2015) ที่กรมสำรวจธรณีของU.S. รายงาน คาดว่า ประเทศจีนเพิ่มปริมาณนำเข้าอย่างต่อเนื่องหลังปี 2015

การนำไปใช้ประโยชน์

ไม่ค่อยนิยมใช้ธาตุโบรอนอย่างเดียวแต่นิยมใช้เป็นรูปสารประกอบและโลหะผสมต่าง ๆ

กรณีใช้ในชีวิตประจำวันนิยมใช้ในรูป โบเรตและบอแรกซ์ บอแรกซ์ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตแก้ว วัตถุกันเสีย ตัวรีดิวซ์ของโลหะ สารการเชื่อม สารบดวาว และสารควบคุมไฟต่าง ๆ ในการโรงเรียนบางครังมีการทดลองสร้างสไลม์ด้วยบอแรกซ์และผงซักฟอก เกลือโบเรตและเกลือเปอร์โบเรตใช้เป็นสารล้างตา ยาบริเวณช่องปาก สารกำจัดแมลงสาบต่าง ๆ

แก้วและเซรามิก

แก้วเป็นผลิตภัณฑ์หลักของโบรอน ร้อยละ 60 ของปริมาณบริโภคในปี 2011 ใช้เพื่อการผลิตแก้วรวมเส้นใยแก้ว แก้วโบโรซิลิเกตทั่วไปมีส่วนผสมของโบรอนออกไซด์อยู่ร้อยละ 5–30 มีสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนต่ำจึงทนทานต่อความร้อน อีกทั้งเมื่อผสมโบรอนในแก้วจะเพิ่มสภาพคล่องของเหลวดังนั้นพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตแก้ว เครื่องหมายการค้าหลักของแก้วโบโรซิลิเกตมี Pyrex และ Duran จากความสมารถทนทานต่อความร้อนนิยมใช้เป็นอุปกรณ์การทดลอง อุปกรณ์ทำอาหาร จานทนความร้อน

เส้นใยโบรอนมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงจึงใช้เป็นสารเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุผสมอย่างพลาสติกผสมเส้นใย นิยมใช้เป็นโครงสร้างในด้านการบินและอวกาศ ในชีวิตประจำวันใช้ในด้านกีฬาอย่างไม้กอล์ฟ เบ็ดตกปลา ยังใช้เป็นวัสดุฉนวนและวัสดุทนไฟ ร้อยละ 45 ของปริมาณบริโภคโบรอนใช้เพื่อผลิตเส้นใยแก้ว เส้นใยแก้วนี้ผลิตโดยนำโบรอนทับซ้อนบนเส้นใยทังสเตนด้วยวิธี chemical vapor deposition

เครื่องเสียง

มีความหนาแน่นต่ำ ค่ามอดูลัสของยังสูง และความเร็วเสียงเร็วถึง 16,200 m/s ซึ่งเป็น 2.6 เท่าของอะลูมิเนียมจึงเหมาะสำหรับวัสดุเครื่องเสียงมากกว่าเบริลเลียมแต่มีจุดเดือดสูงและมีความยืดหยุนต่ำมากจึงเป็นวัสดุที่แปรยาก เริ่มมีการใช้หลังทศวรรษที่ 1980

• เข็มเครื่องเล่นจานเสียงของ Denon, Audio-Technica
• Diatone ใช้โบรอนคาร์ไบด์เป็นแผ่นสั่นในลำโพงเสียงสูง-กลาง

สารกึ่งตัวนำ

โบรอนใช้เป็นสารเร่งสารกึ่งตัวนำอย่างซิลิคอน เจอร์เมเนียม ซิลิคอนคาร์ไบด์ โบรอนมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่ 3 จึงเป็นโฮลในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากธาตุโฮสท์ที่มี 4 อิเล็กตรอนอย่างซิลิคอนดังนั้นสร้างสารกึ่งตัวนำประเภทพี วิธีเร่งด้วยโบรอน เดิมใช้กระจายอะตอมในอุณหภูมิสูง วิธีนี้สามารถใช้สารตั้งต้นเป็นโบรอนออกไซด์ที่เป็นของแข็ง โบรอนไตรโบรไมด์ที่เป็นของเหลว,และโบรอนไตรฟลูออไรด์หรือไดโบเรนที่เป็นแก๊สได้ แต่หลังทศวรรษที่1970นิยมใช้วิธีฉีดไอออนที่ใช้โบรอนไตรฟลูออไรด์ โบรอนไตรคลอไรด์เป็นสารประกอบที่สำคัญในการผลิตการกึ่งตัวนำแต่ไม่ได้ใช้เป็นสารเร่ง แต่ใช้ในการสลักด้วยพลาสมาของโลหะและโลหะออกไซด์

แม่เหล็ก

โบรอนเป็นหนึ่งในธาตุที่ประกอบแม่เหล็กนิโอดิเมียมซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวรที่แรงที่สุด มีโบรอนอยู่ประมาณร้อยละ 1 ในแม่เหล็กนิโอดิเมียม แม่เหล็กนิโอดิเมียมนิยมใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ระบบกราฟิกส์ในการแพทย์เช่นการสร้างภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก มอเตอร์และตัวกระตุ้นให้ทำงานขนาดเล็กเช่น ฮาร์ดดิสก์ เครื่องเล่นซีดี เครื่องเล่นดีวีดีใช้แม่เหล็กนิโอดิเมียมเพื่อให้ระบบอ่านข้อมูลเล็กลง และใช้แม่เหล็กนิโอดิเมียมในลำโพงให้ขนาดเล็กลงกับโทรศัพท์มือถือ

พลังงานนิวเคลียร์

ในไอโซโทปของโบรอน ¹⁰B มีพื้นที่ดูดกลืนนิวตรอนขนาดใหญ่ ใช้สมบัตินี้เป็นแท่งควบคุมในเตาปฏิกรณ์เพื่อดูดนิวตรอน โบเรตที่เป็นสารประกอบใช้ผสมลงในน้ำหล่อเย็นปฐมภูมิของเตาปฏิกรณ์แบบเพิ่มความดันเพื่อควบคุมปฏิกิริยา ใช้โลหะผสมโบรอนในภาชนะเก็บสารกัมมันตรังสี

สิ่งมีชีวิต

เป็นหนึ่งในธาตุต้องการของพืชและร้อยละ 98 อยู่ในผนังเซลล์จึงคาดว่าเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ผนังเซลล์ การรักษาผนังเซลล์ การส่งออกน้ำตาลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก เป็นโคเอนไซม์ แต่ยังไม่ชัดเจน สารที่นำพาโบรอนถูกระบุครั้งแรกในปี 2002

ส่วนโบรอนเข้มข้นสูงจะยับยั้งการเจริญของพืชจึงเนื้อดินที่มีโบรอนสูงอย่างออสเตรเลียตอนใต้ยากต่อทำการเกษตร กำลังวิจัยการตัดต่อพันธุกรรมเพื่อทนต่อโบรอน

หน้าที่ทางชีววิทยา

โบรอนเป็นแร่ธาตุที่สังคัญต่อผนังเซลล์ ถ้าเนื้อดินขาดโบรอนจะก่อภาวะเลี้ยงไม่โตทั่วพืช แต่ความเข้นข้นโบรอนในเนื้อดินเกิน 1 ppm ก็เกิดอาการตายเฉพาะส่วนของใบและปลายยิ่งพืชที่อ่อนไหวต่อโบรอนจะเกิดอาการเมื่อเกิน 0.8 ppm ถ้าเกิน 1.8 ppm จะเกิดอาการทุกพืชรวมพืชทนโบรอนและเมื่อเกิน 2.0 ppm เกือบจะไม่มีพืชไหนเจริญได้อย่างปกติและบางส่วนไม่สามารถมีชีวิตได้ เมื่อโบรอนในเนื้อเยื่อเกิน 200 ppm จะเริ่มมีอาการดังกล่าว

โบรอนคาดว่าเป็นธาตุที่จำเป็นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมแต่ไม่ทราบหน้าที่ของโบรอนอย่างชัดเจน ยกตัวอย่างเช่นหนูที่ก่อให้เกิดโรคขาดโบรอนโดยการให้อาหารสกัดโบรอนออกและกรองฝุ่นในอากาศออกมีผลกระทบต่อขนตัวโบรอนจึงเป็นธาตุจำเป็นต่อรักษาร่างการของหนูและปริมาณต้องการคาดว่าน้อยมาก

หลังปี ค.ศ. 1989 มีการโต้เถียงกันว่าโบรอนเป็นแร่ธาตุที่มีหน้าที่ทางชีววิทยาในสัตว์รวมมนุษย์ กระทรวงการเกษตรของสหรัฐอเมริกาทดลงให้โบรอน 3 mg ต่อวันกับผู้หญิงวัยทอง ผลที่ออกมาคือลดการถ่ายเทแคลเซียมร้อยละ 44 กระตุ้นเอสโตรเจนและวิตามิน D และมีโอกาสสามารถควบคุมโรคกระดูกพรุนแต่ไม่สามารถสรุปได้ว่าผลกระทบดังกล่าวเป็นเพราะหน้าที่ทางแร่ธาตุ หรือหน้าที่ทางยา สถาบันสุขภาพแห่งชาติ สหรัฐอเมริกากล่าวว่า "มนุษย์ปกติควรรับโบรอนระหว่าง 2.1 ถึง 4.3 mg ต่อวัน"

ปัญหาสุขภาพและความเป็นพิษ

ธาตุโบรอน โบรอนออกไซด์ โบเรต เกลือโบเรตและออร์เกโนโบรอนส่วนใหญ่ ไม่เป็นพิษฉับพลันต่อมนุษย์เหมือนเกลือแกง LD50 ต่อสัตว์มีค่า ประมาณ 6 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมและสารที่มี LD50 สูงกว่า 2 กรัมต่อน้ำหนัก 1 กิโลกรัมเป็นไม่เป็นพิษ ยังไม่ทราบปริมาณต่ำที่สุดถึงแก่กรรม มีรายงานว่ารับโบรอน 4 กรัมต่อวันคาดว่าเกินปริมาณนั้นจะเป็นพิษต่อร่างกาย ถ้ารับ 0.5 กรัมต่อวันติดต่อกัน 50 วัน เกิดอาการท้องผูกและปัญหาทางระบบย่อยอาหาร ในการบำบัดด้วยการจับยึดนิวตรอนจะได้รับโบเรต 20 กรัมโดยไม่เกิดอาการอื่น ๆ สัตว์ประเภทปลาสามารถดำรงชีวิตในสาละลายโบเรตอิ่มตัว 30 นาทีและสามารถมีชีวิตได้นานกว่าเมื่ออยู่ในสารละลายโซเดียมโบเรต โบเรตมีความเป็นพิษต่อแมลงสูงกว่าสัตว์จึงนิยมใช้เป็นยาฆ่าแมลง

โบรอนไฮไดรด์อย่างโบเรนและแก๊สที่คล้ายกันมีความเป็นพิษ โบรอนนั้นไม่เป็นพิษเหมือนโบรอนและสารประกอบอื่น ๆ แต่เกิดจากโครงสร้างทางเคมี

โบเรนเป็นสารไวไฟและเป็นพิษจึงต้องระมัดระวังในการใช้ โซเดียมโบรอนไฮไดรด์เป็นสารริดิวซ์ที่แรง สามารถปฏิกิริยากับน้ำ กรด สารออกซิไดซ์อย่างรุนแรงและเสี่ยงต่อไฟไหม้และระเบิด โบรอนเฮไรด์มีฤทธิ์กัดกร่อน